電動(dòng)執(zhí)行器是現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化控制中的執(zhí)行單元，廣泛應(yīng)用于核電、火電、化工、石油、冶金、環(huán)境治理等行業(yè)，在過程控制中起著十分重要的作用。隨著微電子、計(jì)算機(jī)、通信技術(shù)和機(jī)電一體化技術(shù)的迅速發(fā)展，自90年代以后，國際上出現(xiàn)了第一代智能電動(dòng)執(zhí)行器，從此智能化便成了電動(dòng)執(zhí)行器產(chǎn)品發(fā)展的必然趨勢。

智能電動(dòng)執(zhí)行器，作為機(jī)電一體化的執(zhí)行單元，在工業(yè)現(xiàn)場一般與閥門配套使用，控制和調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的壓力、流量和溫度等參數(shù)，這些參數(shù)的變化直接與閥門的開度有關(guān)，因此精確的行程位置控制對(duì)執(zhí)行器來說相當(dāng)重要，也是考察執(zhí)行器性能的一個(gè)重要參數(shù)，而這其中的關(guān)鍵就在于精確的位置檢測技術(shù)的研究與應(yīng)用上。國內(nèi)某核電曾使用HITORK漢托克電動(dòng)執(zhí)行器作為培訓(xùn)樣機(jī)，為現(xiàn)場檢修人員進(jìn)行全面剖析、操作培訓(xùn)。

執(zhí)行器通過內(nèi)部輸出軸的機(jī)械旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)閥門運(yùn)行，轉(zhuǎn)圈數(shù)根據(jù)不同類型的閥門從幾圈到上千圈不等，跨度很大，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置檢測，就是將輸出軸的機(jī)械旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)供控制系統(tǒng)使用，以便對(duì)輸出軸的旋轉(zhuǎn)行程有一個(gè)精確的定位控制。漢坤流體作為專業(yè)電動(dòng)執(zhí)行器研發(fā)和生產(chǎn)廠家，HITORK漢托克電動(dòng)執(zhí)行器研發(fā)初期針對(duì)當(dāng)前用于電動(dòng)執(zhí)行器位置檢測技術(shù)做了以下詳細(xì)調(diào)研與分析：

基于旋轉(zhuǎn)電位器的位置檢測：旋轉(zhuǎn)電位器(采用電阻絲、碳膜、導(dǎo)電塑料或金屬陶瓷等材料制成的可變電阻元件)內(nèi)部安裝有滑動(dòng)觸頭與電阻元件接觸并可在上面滑動(dòng)，傳統(tǒng)執(zhí)行器位置檢測普遍采用旋轉(zhuǎn)電位器，它可以將輸出軸的旋轉(zhuǎn)行程轉(zhuǎn)換成電阻值的變化傳送給控制系統(tǒng)。為適應(yīng)不同的轉(zhuǎn)圈數(shù)，需為其配套一組外掛齒輪傳動(dòng)裝置，通過改變齒輪的傳動(dòng)比來適應(yīng)不用的轉(zhuǎn)圈數(shù)。這種方案多用于早期的電動(dòng)執(zhí)行器位置檢測，此類傳感器結(jié)構(gòu)簡單，但由于滑動(dòng)觸頭與電阻元件有電氣接觸，故存在接觸電阻，精度和可靠性不高，長期使用會(huì)造成觸點(diǎn)磨損，壽命相對(duì)較短，而且還需要復(fù)雜的齒輪變換裝置輔助，使整個(gè)位置傳感器單元顯得非常臃腫和龐大，不利于小型化。目前基本都在一些低端的老一代的產(chǎn)品上應(yīng)用。

基于增量式光電編碼器的位置檢測：隨著傳感器技術(shù)的不斷更新?lián)Q代，基于光電傳感元件與微處理器技術(shù)的光電編碼器的出現(xiàn)，使電動(dòng)執(zhí)行器的位置檢測技術(shù)前進(jìn)了一大步。增量式光電編碼器采用光電式脈沖編碼技術(shù)將旋轉(zhuǎn)位移轉(zhuǎn)變成電脈沖信號(hào)。編碼器內(nèi)部由高功率光電二極管、高靈敏度光電晶體管和碼盤組成，執(zhí)行器輸出軸帶動(dòng)傳動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，傳動(dòng)齒輪帶動(dòng)傳感器碼盤旋轉(zhuǎn)，碼盤周邊有很多均勻間隔的小孔，光電二極管發(fā)出的光因?yàn)榇a盤旋轉(zhuǎn)被不斷的通過與阻擋，傳感器將其轉(zhuǎn)變?yōu)楦叩碗娖降淖兓瑥亩鴮?zhí)行機(jī)構(gòu)輸出軸的旋轉(zhuǎn)位移精確地轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)供控制系統(tǒng)使用。但是電動(dòng)執(zhí)行器運(yùn)用這種基于增量式光電編碼器的位置檢測技術(shù)，通電運(yùn)行時(shí)需要定義相對(duì)零位作為參考點(diǎn)，系統(tǒng)斷電會(huì)造成位置丟失，所以需要依靠電池來記憶并保持位置數(shù)據(jù)，應(yīng)用上顯得有些不便。該方案也多見于一些老一代的產(chǎn)品上，不過在光電編碼器剛出現(xiàn)時(shí)，這樣的應(yīng)用顯然是執(zhí)行器位置檢測技術(shù)上的一大突破了。

基于絕對(duì)式光電編碼器的位置檢測：光電編碼器技術(shù)在進(jìn)一步得到發(fā)展升級(jí)之后，出現(xiàn)了絕對(duì)式光電編碼器，絕對(duì)是相對(duì)于增量而言的，顧名思義，所謂絕對(duì)就是編碼器的輸出信號(hào)在一圈或多圈運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，其每一位置和角度所對(duì)應(yīng)的輸出編碼值都是唯一對(duì)應(yīng)的，如此，便具備了掉電記憶的功能。絕對(duì)式編碼器是依據(jù)計(jì)算機(jī)原理中的位碼來設(shè)計(jì)的，比如：8位碼(0000 0011)，16位碼，32位碼等。把這些位碼信息反映在編碼器的碼盤上，就是多道光通道刻線，每道刻線依次以2線、4線、8線、16線……編排。如此編排的結(jié)果，比如對(duì)一個(gè)單圈絕對(duì)式而言，便是把一周360°分為2的4次方，2的8次方，2的16次方……位數(shù)越高，則精度越高。這樣，在編碼器的每一個(gè)位置，通過讀取每道刻線的通、暗，獲得一組從2的零次方到2的n-1次方的唯一的2進(jìn)制編碼(格雷碼)，這就稱為n位絕對(duì)編碼器。這樣的編碼器是由光電碼盤的機(jī)械位置決定的，它不受停電、干擾的影響。多圈絕對(duì)式光電編碼器是運(yùn)用鐘表齒輪機(jī)械原理，對(duì)單圈絕對(duì)編碼器的擴(kuò)展。該方案，因其位置檢測準(zhǔn)確，精度高，穩(wěn)定性好，具備掉電記憶的功能，目前大部分主流的電動(dòng)執(zhí)行器產(chǎn)品都應(yīng)用了這一技術(shù)。

基于磁電絕對(duì)編碼器的位置檢測：磁電編碼器是一種新型的數(shù)字化位置檢測傳感器技術(shù)，其原理是采用磁阻或者霍爾元件對(duì)變化的磁性材料的角度或者位移進(jìn)行精確測量，磁性材料角度或者位移的變化會(huì)引起電阻或電壓的變化，通過放大電路對(duì)變化量進(jìn)行放大后由微處理器處理后輸出數(shù)字信號(hào)供控制系統(tǒng)處理，整個(gè)磁電感應(yīng)系統(tǒng)為一個(gè)封裝的很小的IC，非常有利于實(shí)現(xiàn)傳感器的小型化。

圖1 磁感元件基本配置

該類型傳感器測量精度可達(dá)到12bit，即每圈4096個(gè)位置，理論分辨率可以達(dá)到0.1度，完全滿足電動(dòng)執(zhí)行器的定位要求。它與絕對(duì)式光電編碼器一樣，位置信號(hào)唯一，無需依靠電池記憶，需要時(shí)直接讀取即可，傳感器內(nèi)部也同樣是無接觸式測量，無磨損，壽命長。相較于絕對(duì)式光電編碼器，磁電絕對(duì)編碼器系統(tǒng)更為突出的一點(diǎn)是，它無需光源和光感元件，具備更強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力，對(duì)諸如灰塵、油污和水汽等因素有較強(qiáng)的“免疫”能力，抗干擾，耐高低溫，可以在惡劣的環(huán)境穩(wěn)定工作。目前有一部分高端電動(dòng)執(zhí)行器產(chǎn)品的位置檢測已經(jīng)率先采用該方案。

綜合比較分析了當(dāng)前智能執(zhí)行器所用到位置檢測技術(shù)，磁電編碼器由于其原理性優(yōu)勢，在滿足執(zhí)行器行程定位控制要求的基礎(chǔ)上，其整體性能、穩(wěn)定性、抗干擾、耐用性都要優(yōu)于光電絕對(duì)編碼器。漢坤品牌創(chuàng)建于2007年，公司專注于過程工業(yè)流體控制領(lǐng)域，致力于執(zhí)行器與自控閥門的研發(fā)和生產(chǎn)，始終貫徹專業(yè)執(zhí)行器生產(chǎn)廠家產(chǎn)品理念，打造高端HITORK系列電動(dòng)執(zhí)行器，走精品路線，本公司自主研發(fā)了執(zhí)行器專用的磁電式多圈絕對(duì)編碼器。

圖2 HITORK二代電動(dòng)執(zhí)行器專用磁電式多圈絕對(duì)編碼器

HITORK漢托克二代電動(dòng)執(zhí)行器均采用該編碼器，實(shí)現(xiàn)位置的準(zhǔn)確檢測和行程的精準(zhǔn)定位，切實(shí)提高產(chǎn)品穩(wěn)定性和耐用性，為用戶提供更好的產(chǎn)品。